利用秸秆木质素制备阳离子絮凝剂的研究

【摘要】： 我国农作物秸秆年产量约6亿吨,但利用度还相当低,大部分秸秆被焚烧处理,不仅造成了严重的环境污染问题,而且浪费了宝贵的生物质资源,研究和开发利用秸秆,对解决当前的资源和能源两大问题,实现可持续发展农业战略,具有重大的现实意义。木质化的细胞壁能阻止微生物的攻击,先分离出秸秆中的木质素,有利于秸秆纤维素的降解利用。木质素是一类复杂的多维网状结构的聚芳基化合物,含有大量的活性官能团,通过改性可以得到性能优良的木质素絮凝剂。 以乙二醇为溶剂,分离稻草中木质素。研究了影响木质素提取的液固比(m/m)、乙二醇质量分数、反应温度及保温时间四个因素,得到较佳的工艺条件为:液固比(m/m)12∶1,乙二醇质量分数90%,反应温度240℃,保温时间2.5h。其中液固比和乙二醇质量分数对木质素的分离有显著性影响。在此条件下,木质素的收率为54.4%。溶剂乙二醇可多次回收使用,环境污染小。木质素溶于大多数有机溶剂中,紫外,红外吸收光谱证实了木质素芳香族结构;X射线粉末衍射分析表明木质素为无定型结构。 以提取的乙二醇木质素为原料,以3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CHPTAC)为阳离子醚化剂制备了阳离子醚化木质素絮凝剂。研究了影响絮凝剂性能的四个主要因素:氢氧化钠用量,CHPTAC用量,反应温度,反应时间。得到阳离子醚化木质素絮凝剂制备的较佳工艺条件:氢氧化钠用量2mL,CHPTAC用量1.5g,反应温度60℃,反应时间10h。絮凝剂的红外吸收光谱表明木质素已经阳离子化。将絮凝剂应用于高岭土模拟废水和柠檬黄、胭脂红及活性艳兰X-BR模拟染料废水处理,在一定的条件下,絮凝剂对高浊度的高岭土模拟废水的除浊率达到73.4%;对柠檬黄、胭脂红及活性艳兰X-BR染料的脱色率可达70.9%,68.8%,94.2%。 以提取的乙二醇木质素为原料,以丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为接枝单体制备了接枝共聚阳离子木质素絮凝剂。研究了影响絮凝剂性能的四个主要因素:反应温度,反应时间,引发剂用量,以及木质素、丙烯酰胺、DMDAAC的质量比。得到接枝共聚阳离子木质素絮凝剂制备的较佳工艺条件:反应温度40℃,反应时间8h,引发剂用量10mL,木质素∶丙烯酰胺∶DMDAAC质量比=1∶2∶1。实验测得木质素的接枝率为227.5%,接枝效率为75.8%。絮凝剂的红外吸收光谱表明,木质素与丙烯酰胺、阳离子单体接枝共聚反应有效。将絮凝剂应用于高岭土模拟废水和柠檬黄、胭脂红及活性艳兰X-BR模拟染料废水处理,在较佳的条件下,絮凝剂对高浊度的高岭土模拟废水的除浊率可达87.3%;对柠檬黄、胭脂红及活性艳兰X-BR染料的脱色率可达96.7%,98.2%,96.4%。 【关键词】：稻草 木质素 阳离子 絮凝剂
【学位授予单位】：武汉工业学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X712
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-29
• 1.1 秸秆的利用现状11-14
• 1.1.1 种（养）植业12-13
• 1.1.2 生物质能13-14
• 1.1.3 工业原料14
• 1.2 木质素14-22
• 1.2.1 木质素的分离方法15-18
• 1.2.2 木质素的改性方法18-22
• 1.3 阳离子型有机高分子絮凝剂的发展现状22-27
• 1.3.1 阳离子型合成有机高分子絮凝剂23-24
• 1.3.2 天然高分子阳离子化絮凝剂24-27
• 1.4 立题依据与主要研究内容27-29
• 1.4.1 立题依据27-28
• 1.4.2 主要研究内容28-29
• 第2章 稻草木质素的提取29-41
• 2.1 材料和仪器29
• 2.1.1 试验材料和试剂29
• 2.1.2 仪器与设备29
• 2.2 实验方法29-31
• 2.2.1 稻草预处理29
• 2.2.2 稻草主要成分分析29-30
• 2.2.3 提取工艺及流程30-31
• 2.2.4 木质素溶解性能测定31
• 2.2.5 紫外吸收光谱31
• 2.2.6 红外吸收光谱31
• 2.2.7 X 射线粉末衍射31
• 2.2.8 扫描电镜31
• 2.3 结果与讨论31-39
• 2.3.1 稻草主要成分31
• 2.3.2 原料预处理31-32
• 2.3.3 正交试验32-35
• 2.3.4 乙二醇循环次数35
• 2.3.5 木质素的溶解性35-36
• 2.3.6 紫外吸收光谱分析36
• 2.3.7 红外吸收光谱分析36-38
• 2.3.8 X 射线粉末衍射分析38
• 2.3.9 扫描电镜分析38-39
• 2.4 小结39-41
• 第3章 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵醚化接枝木质素絮凝剂41-52
• 3.1 材料和仪器41
• 3.1.1 试验材料和试剂41
• 3.1.2 实验仪器及设备41
• 3.2 实验方法41-43
• 3.2.1 CHPTAC 醚化接枝木质素絮凝剂的制备41-42
• 3.2.2 絮凝剂除浊率的测定42
• 3.2.3 絮凝剂脱色率的测定42
• 3.2.4 红外吸收光谱的测定42-43
• 3.3 结果与讨论43-51
• 3.3.1 正交试验43-45
• 3.3.2 对模拟染料废水的脱色结果45-49
• 3.3.3 红外吸收光谱分析49-51
• 3.4 小结51-52
• 第4章 二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰胺与木质素接枝共聚52-66
• 4.1 材料与仪器52
• 4.1.1 试验材料和试剂52
• 4.1.2 实验仪器及设备52
• 4.2 实验方法52-55
• 4.2.1 反应原理52-53
• 4.2.2 制备方法53-54
• 4.2.3 接枝率和接枝效率的测定54
• 4.2.4 絮凝剂除浊率的测定54-55
• 4.2.5 絮凝剂脱色率的测定55
• 4.2.6 红外吸收光谱的测定55
• 4.3 结果与分析55-65
• 4.3.1 正交试验55-58
• 4.3.2 对模拟染料废水的脱色结果58-63
• 4.3.3 接枝率和接枝效率的计算63
• 4.3.4 红外吸收光谱分析63-65
• 4.4 小结65-66
• 第5章 结论66-69
• 5.1 研究结论66-67
• 5.2 创新之处67
• 5.3 研究展望67-69
• 参考文献69-78
• 致谢78-79
• 攻读学位期间的研究成果79

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